孤島煤柱的安全開采技術

于洪濤，謝貴峰，馮 朋

（山東能源肥城礦業集團 曹莊煤礦，山東 肥城271601）

肥城曹莊煤礦已是開采將近50年的老礦井，隨著生產能力的提高，可采儲量逐年下降，煤炭儲量枯竭，近幾年為延長礦井服務年限，提高資源回收率，對一些由于受地質構造影響的煤柱工作面進行了開采，采取有效措施回收了孤島煤柱工作面的煤炭資源，提高了資源回收率，增加了經濟效益。

1 工作面概況

1.1 工作面簡介

－120m西大巷九層工作面，東側被斜交逆斷層CF24穿切分開，西側至井田邊界煤柱線50m處；南側為9408、9406、9403工作面（分別于2007年3月、1998年6月、1996年2月回采完畢）；北側至9802、9800煤柱工作面、9602工作面（分別于2004年5月、2010年4月、2001年12月回采完畢）。該工作面煤9兩極厚1.05～1.60m，平均厚1.34 m，f＝1.5，局部含一層0～0.2m的薄層炭質粉砂巖夾石，f＝4，屬簡單結構、穩定的中厚煤層，煤層傾向N3°W～N29°E，走向變化不大；煤層傾角為11°～22°，平均17°。工作面可采走向長度520m，傾斜長度116m。工作面揭露F2、F3、F4等3條斷層，落差分別為0.5m、0.4m、0.6m，對工作面推采有一定影響（見表1）。該工作面采用高檔普采進行煤柱回收。

表1 －120m西大巷煤柱工作面斷層構造

1.2 工作面頂板類別

直接頂為深灰色粉砂巖，厚度8.77m，質細、性脆，節理發育，下部含菱鐵質結核及植物化石，f＝3～4，局部為泥灰巖，致密堅硬，f＝6～8。直接底為深灰色粉砂巖，厚度為0.5m，質細、性脆，節理發育，含植物化石，f＝3～4。直接底下為10－1煤層，厚度為0.5m。本面初垮步距11～15 m，初壓步距18～21m，周壓步距6～10m。回采期間采用全部跨落法管理頂板。

2 孤島煤柱工作面開采存在的問題

2.1 礦壓問題

隨著開采深度的不斷增加以及礦井的日益衰老，像孤島煤柱這類采場將越來越多。孤島形和半島形煤柱可能受幾個方向集中應力的疊加作用，應力集中，因而在煤柱附近易形成沖擊礦壓。－120m西大巷煤柱工作面存在沖擊地壓的可能性，工作面上下端頭安全出口以及斷層處是壓力集中區，將會制約著安全生產。

2.2 斷層因素

－120m西大巷九層煤柱工作面斷層較多，斷層切斷了巖層的整體性，對工作面附近的應力再分布有很大影響，工作面開采后，形成側向支承壓力，煤層邊緣一定范圍內承受的壓力較大，動壓現象發生的頻率就高，斷層也是這類工作面開采過程中的重要影響因素。

2.3 片幫的影響

由于工作面周圍采空區礦壓顯現明顯，易發生片幫，尤其是發生大面積片幫事故，這就加大了支柱與煤壁之間的端面距。如果不能及時對裸露的頂板支護，容易發生架前冒頂事故，給安全帶來隱患，影響正常生產。

2.4 老巷的影響

－120m西大巷九層煤柱工作面老巷較多，由于遺留時間較長，老巷內情況不明，通風管理難度較大，加之為孤島煤柱，舊巷內頂板壓力較大，巷道變形嚴重，回采期間必須采取相應措施來防止各種事故的發生。

3 孤島工作面開采的安全技術措施

3.1 工作面頂板管理

（1）工作面支護：本工作面采用齊梁直線柱支護形式。頂梁為正懸臂，使用DZ1.6～1.8型單體液壓支柱配合HDJB－1000型金屬鉸接頂梁支護頂板，頂梁之上鋪設尼龍網護頂，隔2架頂梁間套一根3.2m的長鋼梁，長鋼梁竄使至煤幫，該面柱距為0.70m，排距為1.0m支護密度為1.43根／m2。

（2）兩巷道超前支護：超前支護均采用兩排DZ2.0～2.5m單體液壓支柱配合HDJB－1000型金屬鉸接頂梁支護，支護時以棚距為準，空肩處要墊實。兩巷超前支護距離從煤壁算起均不低于50m，兩巷超前支護內的支撐高度均不低于1.6m，排距不小于0.7m。支設超前支護支柱鉆底時，鐵鞋下加墊雙板梁，當工作面兩巷中任一巷壓力變大頂板破碎時，要及時延長超前支護長度，并采取了在支設超前支護時利用廢舊溜槽幫或廢舊11＃工字鋼架設于巷道原有鐵棚棚檔的中間加強背頂，這樣既保證了頂板的完整性，又維護了巷道的高度，取得了較好的效果。

（3）端頭支護：在工作面上、下端頭支護范圍內各采用6架雙楔頂梁支護。雙楔頂梁要正懸臂架設，柱距0.65 m，排距1.0m。工作面機頭（機尾）、運中巷（上風道）搭接處使用一對4.2m花邊長鋼梁，兩根鋼梁間距0.4m，一梁三柱抬住運中巷（上幫）上風道（下幫）棚頭，并隨工作面推進交替前移使用，保證了上下端頭兩安全出口的有效高度。

3.2 對老巷道的處理

由于回采工作面內部老巷道較多，且層位不一，因此回采前必須將所有老巷分析清楚，以便根據不同層位巷道采取不同措施，特別是穿層巷道必須進行擺木垛處理，巖柱小于2.5m的老巷范圍隔兩根頂梁間套一根3.2m長鋼梁。在煤層中的老巷，頂板完整時，采取支設雙排戴帽點柱的方式，排距1m，以鋼筋梯或鐵棚間距為柱距進行支護；頂板破碎時，采取與工作面垂直方向支設金屬鉸接頂梁的方式控制頂板。與工作面垂直的老巷過老巷范圍在煤層中時，沿巷道方向支設雙排超前支護，在老巷出口上下幫各支設一對4.2m長鋼梁交替邁步前移加強支護。

3.3 對斷層、片幫嚴重的處理

當工作面遇斷層、片幫嚴重導致空頂面積大時，應采取爆破預掛頂梁和隔兩架頂梁套使一根3.2m長鋼梁方式超前控制頂板，采煤機必須放慢牽引速度，緊跟采煤機滾筒掛頂梁支設臨時支柱，并用方子木背嚴背實頂梁，其次要避開頂板破碎處，應選在頂板完好處吃刀。當地質條件變化，支柱變形嚴重時，根據支柱的變形方向加支反向趄柱或傾向戧棚增加支柱的整體性來維護好頂板。

4 結語

－120m西大巷九層工作面通過以上行之有效的措施，用高檔普采進行孤島煤柱的開采，取得了成功，為曹莊煤礦在此區域挖潛回收煤炭資源起到重要作用，為礦井原煤產量的穩定做出了較大貢獻。不僅為企業創造了顯著的經濟效益，更為以后開采類似工作面積累了寶貴的經驗。

〔1〕劉建軍，楊立國 .孤島窄條煤柱開采實踐〔J〕.水力采煤與管道運輸，2006，（12）：23－25.

〔2〕董昌偉 .孤島工作面沿空掘巷支護技術〔J〕.現代礦業，2011，（7）：102－104.

〔3〕趙天平 .仰采孤島工作面遭遇復合頂板的回采方法〔J〕.煤礦安全，2004，（9）：24－25.

〔4〕杜計平，孟憲銳 .采礦學〔M〕.徐州：中國礦業大學出版社，2009.